數(shù)控上下料機械手的研究應用及控制系統(tǒng)的組成

　　機械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置。隨著自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，機械手的研究及應用也不斷更新?lián)Q代。目前，已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng)FMS和柔性制造單元FMC中的一個重要組成部分。把機床設備和機械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適用于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應性很強。當工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變。有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的花色品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應市場競爭的需要。

　　我們研制的三軸數(shù)控上下料機械手是我國自行開發(fā)的**個板材折彎柔性加工單元中的配套設備，是一種高性能的機械手。主要完成取料、送料、胚料旋轉(zhuǎn)以及出料等功能。

　　一、機械手的研究應用

　　機械手各運動部分均采用最新研制的交流伺服電動機驅(qū)動，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩可以精密控制，具有較小的轉(zhuǎn)動慣量，可以保證電動機對控制信號的快速響應。

　　本機械手為龍門式結(jié)構(gòu)，由輪式行走小車、升降機構(gòu)、回轉(zhuǎn)手臂、真空吸盤抓取裝置、空間支架、氣動平衡裝置及電氣控制系統(tǒng)等組成，齒條固定在支架的導軌上。由交流伺服電機通過齒輪減速箱帶動驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動時，推動小車作前后移動。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，行走距離大，適用于3m以上的行走距離。

　　升降機構(gòu)由滾珠絲桿、螺母、直線滾動導軌、伸降臂及支座等組成，導軌滑座、螺母固定在伸降臂支座上。伺服電機通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲桿轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)升降臂的升降運動。其特點是傳動效率高，運動平衡性好，進給精度和重復定位精度高。

　　回轉(zhuǎn)手臂由諧波減速器、圓錐齒輪、手臂和固定在升降臂上的殼體等組成。由伺服電機通過減速器帶動圓錐齒輪轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)手臂的轉(zhuǎn)動。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小，傳動比大，輸出扭矩大，傳動精度高。

　　噴氣真空吸盤抓取裝置由真空吸盤、吸盤、真空噴嘴、固定支架、緩沖彈簧等組成。其特點是真空噴嘴是以壓縮空氣為動力源的真空發(fā)生器。為了能抓取帶孔的工件，每個吸盤都有配有一個噴氣式真空發(fā)生器，以便使每個吸盤都能單獨工作。在每個真空吸盤上設置有緩沖彈簧，當吸盤接觸被吸附的鋼板表面時，給吸盤一定的預壓力，使其密封性良好；而且也能補償吸附表面的位置高低誤差。

　　氣動平衡裝置由兩個平衡氣缸組成，用來平衡機械手運動部分的重量，使上升或下降時的驅(qū)動力矩均衡，以減少伺服電機驅(qū)動功率。

　　二、機械手的控制系統(tǒng)

　　1、控制系統(tǒng)組成

　　為了便于組成模塊結(jié)構(gòu)和便于維修、調(diào)試，采用STD總線標準產(chǎn)品組成數(shù)控系統(tǒng)。

　　（1）Z80ACPU板：板內(nèi)有內(nèi)存32K，由三片2764EPROM、一片2764RAM組成，用于存放系統(tǒng)管理程序、控制程序和作為暫存單元。CPU板上有一串行口可與上位機通訊，實現(xiàn)程序的上、下裝，便于程序調(diào)試和編制。

　　（2）設有CRT顯示器接口，標準鍵盤接口和打印機接口。

　　（3）抗干擾板：在STD總線上所有地址、數(shù)據(jù)及控制信號線上都有一個減少干擾的無源電路，增加母板的抗干擾能力。

　　（4）PIO板：板上有兩片PIO接口芯片，一片帶光電隔離直接與操作面板鍵盤相連，組成用戶鍵盤，另一片PIO全部作輸入，每個輸入口均有抗干擾電路，用于狀態(tài)開關(guān)信號的輸入。

　　（5）SIO板：板上有三片SIO，分別與三軸的交流伺服電源相連。完成STD與驅(qū)動單元的信息交換。

　　（6）交流伺服單元：三個運動軸采用三相永磁同步電機驅(qū)動，其驅(qū)動單元采用數(shù)字式交流伺服單元。

　　伺服系統(tǒng)主要功能有：上電復位、坐標系設定、點動、點位、自動、直線控制方式，伺服系統(tǒng)參數(shù)讀出及修改，硬、軟極限設置及報警，坐標值反饋及故障報警，過流、過壓、失速及超速保護等。

　　針對機械手各運動軸控制對象特性不同，可改變伺服系統(tǒng)參數(shù)和控制規(guī)律PIO調(diào)節(jié)的參數(shù)達到優(yōu)化的特性。

　　2、系統(tǒng)功能

　　（1）人機對話設定工作方式和運動參數(shù)。

　　（2）可實現(xiàn)點動、單步及自動三種工作方式。點動方式：可分別對三軸按快、慢兩種速度，實現(xiàn)正方向和反方向的點動。單步方式：按自動要求實現(xiàn)單步操作。自動方式：按人機對話設定的三軸運動工序及聯(lián)動方式運動。

　　（3）設有清零、復位、執(zhí)行、暫停等多種功能鍵。

　　（4）實時顯示各軸運動位移和狀態(tài)。

　　（5）控制過程的監(jiān)控及報警顯示。

　　三、總結(jié)

　　1、該三軸數(shù)控機械手采用了交流伺服電機和驅(qū)動單元，使機械手運行速度快，運動平穩(wěn)，動態(tài)性能良好。

　　2、本機械手可從料架上抓取板材，并將其運送到主機上進行加工，它不僅能與數(shù)控磨床配套使用，也可以與數(shù)控車床配套使用，因而有廣泛應用的前景。

　　3、采用先進多軸多級分布式計算機控制系統(tǒng)，并配有較完善的軟件系統(tǒng)，較好地實現(xiàn)了CAD/CAM一體化。